Ang mga mananaliksik mula sa NTNU ay nagpapagaan sa mga magnetic na materyales sa maliit na kaliskis sa pamamagitan ng paglikha ng mga pelikula sa tulong ng ilang sobrang maliwanag na x-ray.
Si Erik Folven, co-director ng Oxide Electronics Group sa NTNU's Department of Electronic Systems, at ang mga kasamahan mula sa NTNU at Ghent University sa Belgium ay nagtakda upang makita kung paano nagbabago ang manipis na film na micromagnets kapag nabalisa ng isang labas ng magnetic field. Ang gawain, na bahagyang pinondohan ng NTNU Nano at ang Research Council of Norway, ay nai -publish sa Journal Physical Review Research.
Maliliit na magnet
Inimbento ng Einar Standal Digernes ang maliliit na parisukat na magnet na ginamit sa mga eksperimento.
Ang maliliit na parisukat na magnet, na nilikha ng NTNU Ph.D. Ang kandidato ng Einar Standal Digernes, ay dalawang micrometer lamang ang lapad at nahati sa apat na tatsulok na domain, bawat isa ay may ibang magnetic orientation na tumuturo sa sunud-sunod o anti-clockwise sa paligid ng mga magnet.
Sa ilang mga magnetic na materyales, ang mas maliit na mga grupo ng mga atoms band na magkasama sa mga lugar na tinatawag na mga domain, kung saan ang lahat ng mga elektron ay may parehong magnetic orientation.
Sa NTNU Magnets, ang mga domain na ito ay nakakatugon sa isang gitnang punto - ang vortex core - kung saan ang mga magnetic moment point ay direkta sa loob o wala sa eroplano ng materyal.
"Kapag nag -aaplay kami ng isang magnetic field, higit pa at higit pa sa mga domain na ito ay ituturo sa parehong direksyon," sabi ni Folven. "Maaari silang lumaki at maaari silang pag -urong, at pagkatapos ay maaari silang pagsamahin sa isa't isa."
Ang mga electron halos sa bilis ng ilaw
Ang nakikita na nangyari ito ay hindi madali. Kinuha ng mga mananaliksik ang kanilang mga micromagnets sa isang 80m na malawak na hugis na synchrotron, na kilala bilang Bessy II, sa Berlin, kung saan ang mga electron ay pinabilis hanggang sa sila ay naglalakbay sa halos bilis ng ilaw. Ang mga mabilis na paglipat ng mga electron pagkatapos ay naglalabas ng sobrang maliwanag na x-ray.
"Kinukuha namin ang mga x-ray na ito at ginagamit ang mga ito bilang ilaw sa aming mikroskopyo," sabi ni Folven.
Dahil ang mga electron ay naglalakbay sa paligid ng synchrotron sa mga bunches na pinaghiwalay ng dalawang nanoseconds, ang x-ray na kanilang inilabas ay dumating sa tumpak na mga pulso.
Ang isang pag-scan ng X-ray mikroskopyo, o STXM, ay tumatagal ng mga x-ray upang lumikha ng isang snapshot ng magnetic istraktura ng materyal. Sa pamamagitan ng pag -stitching ng mga snapshot na ito, ang mga mananaliksik ay maaaring lumikha ng isang pelikula na nagpapakita kung paano nagbabago ang micromagnet sa paglipas ng panahon.
Sa tulong ng STXM, ginulo ng Folven at ng kanyang mga kasamahan ang kanilang mga micromagnets na may isang pulso ng kasalukuyang na nakabuo ng isang magnetic field, at nakita ang pagbabago ng hugis ng mga domain at ang vortex core na paglipat mula sa gitna.
"Mayroon kang isang napakaliit na pang -akit, at pagkatapos ay sundutin mo ito at subukang imahen ito habang nag -aayos ito muli," sabi niya. Pagkaraan nito, nakita nila ang pangunahing pagbabalik sa gitna - ngunit kasama ang isang paikot -ikot na landas, hindi isang tuwid na linya.
"Ito ay uri ng sayaw pabalik sa gitna," sabi ni Folven.
Isang slip at tapos na
Iyon ay dahil pinag-aaralan nila ang mga epitaxial na materyales, na nilikha sa tuktok ng isang substrate na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na i-tweak ang mga katangian ng materyal, ngunit haharangin ang x-ray sa isang STXM.
Nagtatrabaho sa NTNU nanolab, nalutas ng mga mananaliksik ang problema sa substrate sa pamamagitan ng paglibing ng kanilang micromagnet sa ilalim ng isang layer ng carbon upang maprotektahan ang mga magnetic properties.
Pagkatapos ay maingat at tiyak na tinanggal nila ang substrate sa ilalim ng isang nakatuon na sinag ng mga gallium ions hanggang sa isang napaka manipis na layer lamang ang nanatili. Ang proseso ng masakit ay maaaring tumagal ng walong oras bawat sample - at ang isang slip up ay maaaring magbaybay ng kalamidad.
"Ang kritikal na bagay ay, kung papatayin mo ang magnetism, hindi natin malalaman na bago tayo umupo sa Berlin," sabi niya. "Ang trick ay, siyempre, upang magdala ng higit sa isang sample."
Mula sa pangunahing pisika hanggang sa mga aparato sa hinaharap
Sa kabutihang palad ito ay nagtrabaho, at ginamit ng koponan ang kanilang maingat na inihanda na mga sample upang mag-tsart kung paano lumalaki ang mga domain ng micromagnet at pag-urong sa paglipas ng panahon. Lumikha din sila ng mga simulation ng computer upang mas maunawaan kung ano ang mga puwersa sa trabaho.
Pati na rin ang pagsulong ng aming kaalaman sa pangunahing pisika, ang pag -unawa kung paano gumagana ang magnetism sa mga haba at oras na kaliskis ay maaaring makatulong sa paglikha ng mga aparato sa hinaharap.
Ginagamit na ang Magnetism para sa pag -iimbak ng data, ngunit ang mga mananaliksik ay kasalukuyang naghahanap ng mga paraan upang mapagsamantalahan ito. Ang magnetic orientations ng vortex core at mga domain ng isang micromagnet, halimbawa, ay maaaring magamit upang mag -encode ng impormasyon sa anyo ng 0s at 1s.
Nilalayon ngayon ng mga mananaliksik na ulitin ang gawaing ito na may mga anti-ferromagnetic na materyales, kung saan ang netong epekto ng mga indibidwal na magnetic moment ay nag-aaklas. Ang mga ito ay nangangako pagdating sa pag-compute-sa teorya, ang mga anti-ferromagnetic na materyales ay maaaring magamit upang gumawa ng mga aparato na nangangailangan ng kaunting enerhiya at manatiling matatag kahit na nawala ang kapangyarihan-ngunit mas maraming trickier na mag-imbestiga dahil ang mga senyales na kanilang ginawa ay magiging mas mahina.
Sa kabila ng hamon na iyon, ang Folven ay maasahin sa mabuti. "Sakop namin ang unang lupa sa pamamagitan ng pagpapakita na maaari kaming gumawa ng mga sample at tingnan ang mga ito ng mga x-ray," sabi niya. "Ang susunod na hakbang ay upang makita kung maaari ba tayong gumawa ng mga halimbawa ng sapat na mataas na kalidad upang makakuha ng sapat na signal mula sa isang anti-ferromagnetic material."
Oras ng Mag-post: Mayo-10-2021